柯傳芳，于勝利

(中國長江三峽集團公司 中國三峽建設管理有限公司，成都 610000)

白鶴灘水電站左岸壩基柱狀節(jié)理開挖松弛特性試驗研究

柯傳芳，于勝利

(中國長江三峽集團公司 中國三峽建設管理有限公司，成都 610000)

白鶴灘水電站左岸壩基邊坡柱狀節(jié)理玄武巖出露且易松弛，對邊坡安全穩(wěn)定影響較大。為了解壩基柱狀節(jié)理玄武巖在爆破開挖后松弛深度的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢，以壩基650～660 m高程邊坡柱狀節(jié)理試驗區(qū)為研究對象，利用聲波孔檢測不同區(qū)域、不同支護條件下巖體松弛深度。通過分析檢測成果得出如下結(jié)論：地質(zhì)條件對柱狀節(jié)理玄武巖的松弛深度有影響；預應力錨桿在一定時間內(nèi)能壓密松弛巖體，其防松弛作用好于砂漿錨桿。

白鶴灘水電站；柱狀節(jié)理；開挖松弛特性；聲波檢測；預應力錨桿

1 研究背景

金沙江白鶴灘水電站左岸壩基邊坡670 m高程以下出露柱狀節(jié)理玄武巖，是該水電站的主要工程地質(zhì)問題之一，此現(xiàn)象在壩基巖體工程中極為少見[1]，備受當前國內(nèi)水電行業(yè)的專家關(guān)注。石安池等[1]對影響柱狀節(jié)理玄武巖巖體變形特性的因素和變形性能各向異性的原因作了工程介紹和解釋說明；徐衛(wèi)亞等[2]、孟國濤[3]、鄭文棠等[4]對采用數(shù)值方法在確定白鶴灘柱狀節(jié)理巖體本構(gòu)關(guān)系、參數(shù)取值等方面進行了較深入的研究，并對壩基工程穩(wěn)定進行了分析；王紅彬等[5]利用鉆孔攝像和聲波測試分析了柱狀節(jié)理巖體的開挖卸荷后松弛特性。

上述研究對柱狀節(jié)理巖體自身特性進行了各方面的探討，但并未分析實際施工過程中柱狀節(jié)理巖體松弛深度的變化規(guī)律。本文以左岸壩基650～660 m高程柱狀節(jié)理試驗區(qū)邊坡為背景，通過分析不同區(qū)域柱狀節(jié)理玄武巖在無、有支護及砂漿錨桿支護、預應力錨桿支護等條件下的松弛深度檢測成果，對有無支護及不同支護條件下柱狀節(jié)理玄武巖松弛深度變化規(guī)律及發(fā)展趨勢進行了總結(jié)，其結(jié)論可為類似工程提供資料參考[5]。

2 地質(zhì)概況

白鶴灘水電站左岸壩肩穩(wěn)定影響較大的有層間錯動帶C3,C3-1以及斷層F17、裂隙f108。 C3在左岸壩基面出露，高程為790 m左右，產(chǎn)狀NE 35°～50°，SE∠15°～20°[6]，寬度 30～50 cm，為凝灰質(zhì)角礫巖夾層，C3,C3-1穿過壩肩上游邊坡、壩基和壩肩下游邊坡；F17為NE向陡傾角構(gòu)造斷層，斜切壩肩上游邊坡、壩基和壩肩下游邊坡(見圖1)。

壩基邊坡高程665.0 m以下為P2β3層第一類柱狀節(jié)理玄武巖[7]，柱體直徑13～25 cm，柱體內(nèi)微裂隙發(fā)育，易松弛，該層厚度約55 m，且受柱狀節(jié)理層內(nèi)錯動帶LS3319,LS3319-1等密集分布的影響，層內(nèi)錯動帶產(chǎn)狀變化大，錯動帶起伏，傾角變化也較大。建基面開挖揭露時以干燥為主，僅沿斷層、層間層內(nèi)錯動帶等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育部位潮濕或滲滴水。地下水以基巖裂隙水的形式賦存，埋深較大，分布在建基面以下。

3 柱狀節(jié)理試驗區(qū)檢測孔布置

壩基高程650～660 m范圍柱狀節(jié)理玄武巖為試驗區(qū)。為對比不同圍巖類別及不同支護情況下壩基柱狀節(jié)理玄武巖松弛情況，將試驗區(qū)分為A，B，C區(qū)。A區(qū)無支護；B區(qū)保護層2 m內(nèi)無支護，2 m以下為砂漿錨桿支護，錨桿長6 m；C區(qū)采取預應力錨桿支護，錨桿長9 m，保護層2 m段桿可拆卸。A，B，C 3個試驗區(qū)分別布置有11，10，13個(共34個)松弛聲波檢測孔(見表1)，聲波檢測孔具體區(qū)域布置情況見圖2。

表1 柱狀節(jié)理玄武巖試驗區(qū)聲波檢測孔布置情況

圖2 聲波檢測鉆孔布置Fig.2 Layout of acoustic detection boreholes

4 柱狀節(jié)理試驗區(qū)聲波檢測成果

4.1 試驗A區(qū)聲波檢測成果

截止2015年7月26日，試驗A區(qū)松弛深度匯總?cè)绫?所示，試驗A區(qū)11個孔松弛深度范圍為0.1～1.9 m，平均松弛深度0.83 m，其中有5個孔松弛深度>1.0 m，有5個孔松弛深度<0.3 m。

試驗A區(qū)大部分位于層間錯動帶LS3319下盤，松弛深度總體較小，爆破開挖后4個月時間內(nèi)A區(qū)松

表2 試驗A區(qū)松弛深度匯總(無支護)

注：A2-3松弛深度成果截止至2015年5月18日

弛深度沒有變化。2015年4月19日A1區(qū)有4個孔松弛深度受現(xiàn)場施工環(huán)境影響增加0.6～1.8 m， 1個月后松弛深度基本穩(wěn)定。其余孔松弛深度無變化，松弛深度長期觀測值基本穩(wěn)定(見圖3(a))。A2區(qū)6個孔松弛深度在整個檢測過程中基本無變化，平均松弛深度為0.53 m，長期觀測值基本穩(wěn)定(見圖3(b))。

圖3 試驗A1和試驗A2區(qū)松弛深度歷時曲線Fig.3 Time-history curves of relaxation depth intest area A1 and A2

4.2 試驗B區(qū)聲波檢測成果

試驗B區(qū)10個孔松弛深度匯總?cè)绫?所示，松弛深度范圍為1.1～4.2 m，平均松弛深度3.17 m。從首次測試至2015-07-26歷時244 d， B1-1孔松弛深度增加了0.4 m，松弛深度時間效應不顯著；其余各孔松弛深度增加了1.1～4.2 m(B2-2)，松弛深度時間效應顯著。

表3 試驗B區(qū)松弛深度匯總(砂漿錨桿支護)

注：B1-1，B2-3，B2-4松弛深度成果截止至2015年7月5日

B1區(qū)爆破開挖后立即進行砂漿錨桿支護，次日測試的松弛深度不大(0.1～1.2 m)；松弛深度增大主要發(fā)生在2014-12-13至2014-12-25 高程650～635 m爆破開挖期間(即B1區(qū)域爆破開挖后的32 d以內(nèi))，松弛深度增加了0.4～3.0 m；隨后巖體松弛情況基本穩(wěn)定(見圖4(a))。

B2區(qū)爆破開挖后立即測試松弛深度小，在0.1～0.2 m之間；松弛深度增大主要發(fā)生在2014-12-03至2015-01-06高程650～628 m爆破開挖期間(即其爆破開挖后的44 d內(nèi))，松弛深度增加了1.0～4.1 m；隨后巖體松弛情況基本穩(wěn)定(見圖4(b))。

圖4 試驗B1和試驗B2區(qū)松弛深度歷時曲線(支護后)Fig.4 Time-history curves of relaxation depth intest area B1 and B2(after support)

4.3 試驗C區(qū)聲波檢測成果

試驗C區(qū)13個鉆孔松弛深度匯總?cè)绫?，弛深度范圍為1.6～4.3 m，平均松弛深度2.84 m。從爆后至2015-07-26，歷時234 d，C1區(qū)的C1-1，C2-2，C2-4松弛深度增加了0.2～0.6 m，松弛深度時間效應不明顯；其余鉆孔松弛深度增加了1.4～3.6 m，松弛深度時間效應顯著；孔C1-6，C1-7，C2-6從2月份開始測試的孔松弛深度在1.9～2.6 m。

表4 試驗C區(qū)松弛深度匯總(預應力錨桿支護)

注：C2-5松弛深度成果截止至2015年5月1日

C1區(qū)爆破開挖后立即測試(C1-6,C1-7除外)的松弛深度較大，為1.0～2.2 m；松弛深度增大0.2～2.2 m，主要發(fā)生在2014-12-05至2014-12-28 高程650～628 m爆破開挖期間(即其爆破開挖后的29 d)；隨后巖體松弛情況基本穩(wěn)定(見圖5(a))。

C2區(qū)爆破開挖后立即測試的松弛深度為0.4～1.2 m；松弛深度增大0.5～3.6 m，發(fā)生在2014-12-05至2015-01-16高程650～628 m爆破開挖期間(即其爆破開挖后38 d內(nèi))；隨后巖體松弛情況基本穩(wěn)定(見圖5(b))。

圖5 試驗C1區(qū)和試驗C2區(qū)松弛深度歷時曲線(支護后)Fig.5 Time-history curves of relaxation depth intest area C1 and C2(after support)

5 柱狀節(jié)理試驗區(qū)聲波檢測成果分析

5.1 無支護條件下松弛深度影響分析

無支護條件下試驗A區(qū)松弛深度最小，平均松弛深度0.83 m,遠小于試驗B區(qū)(3.17 m)和C區(qū)(2.84 m)的松弛深度。

分析原因為試驗A區(qū)位于LS3319層內(nèi)錯動帶下盤，靠近壩肩槽上游邊坡(嵌固作用)，松弛程度較??；試驗B區(qū)和C區(qū)位于LS3319層內(nèi)錯動帶上盤和LS3323層內(nèi)錯動帶下盤，靠近壩肩槽下游邊坡，而下游側(cè)山體較為薄弱，壩基和邊坡下挖臨空面范圍大,受錯動帶影響整體松弛程度較大。

5.2 不同支護條件下松弛深度影響分析

試驗B區(qū)爆破開挖后立即采取砂漿錨桿支護，次日測試的松弛深度不大，B1區(qū)在0.1～1.2之間，B2區(qū)在0.1～0.2 m之間。受附近梯段爆破開挖影響，B1，B2區(qū)不同時期均出現(xiàn)異常增大的現(xiàn)象；爆破開挖結(jié)束后，松弛深度情況基本穩(wěn)定，砂漿錨桿防松弛作用不明顯。

試驗C區(qū)松弛深度在預應力錨桿安裝后初期有所減?。篊1-1鉆孔在預應力錨桿安裝后7 d，松弛深度為2.2 m，錨桿安裝后11 d松弛深度降為0.2 m；C1-2鉆孔爆破后松弛深度為1.4 m，錨桿安裝后3 d測試松弛深度降為0.2 m；C1-3鉆孔爆破后松弛深度為1.9 m，錨桿安裝后3 d測試松弛深度降為0.2 m；C1-4鉆孔爆破后松弛深度為1.5 m，錨桿安裝后3 d測試松弛深度降為0.4 m。檢測成果顯示預應力錨桿在支護初期一定時間內(nèi)能起到一定的防松弛作用，但隨著時間的延續(xù)，松弛深度和程度繼續(xù)增加，防松弛作用降低。

基于上述分析，由試驗B區(qū)和C區(qū)平均松弛深度(分別為3.17,2.84 m)可得：砂漿錨桿防松弛作用差于預應力錨桿。

6 結(jié) 論

基于上述分析結(jié)果，得出結(jié)論如下:

(1) 無支護條件下試驗A區(qū)松弛深度最小，平均松弛深度0.83 m；砂漿錨桿支護條件下，試驗B區(qū)平均松弛深度為3.17 m；預應力錨桿支護條件下，試驗C區(qū)平均松弛深度為2.84 m。

(2) 無支護條件下，柱狀節(jié)理玄武巖松弛深度主要受地質(zhì)條件影響。

(3) 不同支護條件下，砂漿錨桿防松弛作用差于預應力錨桿，建議在對柱狀節(jié)理玄武巖體進行支護時，應選擇預應力錨桿作為主要支護措施。

[1] 石安池，唐鳴發(fā)，周其健.金沙江白鶴灘水電站柱狀節(jié)理玄武巖巖體變形特性研究[J].巖石力學與工程學報，2008，27(10)：2079-2086.

[2] 徐衛(wèi)亞，鄭文棠，寧 宇,等．柱狀節(jié)理壩基巖體三維各向異性數(shù)值計算[J]．巖土力學，2010，31(3)：949-955.

[3] 孟國濤．柱狀節(jié)理巖體各向異性力學分析及其工程應用[D].南京：河海大學，2007.

[4] 鄭文棠．不規(guī)則柱狀節(jié)理巖石力學及在高邊坡壩基巖石工程中的應用[D]．南京:河海大學，2008.

[5] 王紅彬，郝憲杰，李邵軍，等.白鶴灘柱狀節(jié)理巖體幾何結(jié)構(gòu)特征與卸荷松弛特性分析[J].土工基礎(chǔ)，2015，29(3)：84-87.

[6] 嚴 鵬，鄒玉君，盧文波,等.基于爆破振動監(jiān)測的巖石邊坡開挖損傷區(qū)預測[J]. 巖石力學與工程學報，2016，35(3):538-548.

[7] 吳 剛，王 敏.柱狀節(jié)理玄武巖爆破開挖現(xiàn)場試驗研究[J].水電與新能源，2015，129(3)：5-10.

(編輯：劉運飛)

Characteristics of Excavation-induced Relaxation of Columnar JointedBasalt in the Left Bank Dam Foundation of BaihetanHydropower Station

KE Chuan-fang, YU Sheng-li

(Three Gorges Construction Management Co., Ltd., China Three Gorges Corporation, Chengdu 610000, China)

Columnar jointed basalt rock masses are exposed and easily relaxed on the left bank dam foundation of Baihetan hydropower station, posing large influence on the safety and stability of slope. In the aim of obtaining the variation rule and development trend, the relaxation depth of columnar jointed basalt in different areas under various support conditions was detected using acoustic detection technology. The area at elevation 650-660m of the dam foundation slope was selected as the test area. According to detection results, the relaxation depth of the columnar jointed basalt is affected by geological condition; pre-stressed anchor could prevent the rock mass from relaxation by compacting it, and the effect is better than that of mortar anchor.

Baihetan hydropower station; columnar jointed; excavation-induced relaxation; acoustic wave detection; pre-stressed anchor

2016-03-07；

2016-05-11

柯傳芳(1987-)，男，江西瑞昌人，工程師，碩士，研究方向為大壩安全監(jiān)測，(電話)0834-2675143(電子信箱)kechuanfang2009@163.com。

10.11988/ckyyb.20160184

2017,34(6):128-131

TV542

A

1001-5485(2017)06-0128-04